CN111512168A - 用于分析电力传输网络的故障数据的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于分析电力传输网络中的故障数据的系统(400)和方法。响应于电力传输网络中的故障，聚合来自电力系统设备的干扰数据(402a，402b，402c)。基于电力系统设备的设备细节以及电力传输网络的相对应的一条或多条电力传输线路的拓扑，选择一种或多种故障定位技术(412)以用于定位故障。基于故障定位技术(412)、从一个或多个电力系统设备中的每个电力系统设备接收的干扰数据(402a，402b，402c)、电力传输网络的相对应段的系统参数(418)以及与电力传输网络相关联的地理信息(420)，估计故障的定位。

Description

用于分析电力传输网络的故障数据的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及电力传输，并且更具体地涉及分析电力传输网络中的故障数据。
背景技术
随着时间的流逝，电力传输网络已经变得复杂。当今的电力传输网络具有分布在各个地区上的不同拓扑的线路。例如，网络可以具有架空线路、地下/海底电缆、多终端线路和多抽头线路等的不同组合。故障可能在电力传输网络中的任何地方发生。故障的性质和类型根据线路的拓扑而变化。例如，由于恶劣天气条件引起的干扰可能会影响架空线路并且导致瞬息故障，而电缆中的绝缘故障可能本质上是永久性的，从而导致服务中断。某些故障可以传播并且影响连接的线路和电力系统装备/设备。
准确的故障定位对于采取适当的行动是至关重要的。在需要修理的情况下，准确估计有故障的定位有助于维护人员快速到达有故障的区段并且进行维修工作。基于可用的输入数量和线路的拓扑，可以使用多种故障定位技术(或用于定位故障的方法)。例如，基于相量的技术/基于阻抗的技术(或基于低采样率的方法)、基于行波的方法(或高采样率的方法)、基于时域的方法等可以用于估计故障定位。扩展该示例，根据数据的可用性，可以使用来自线路中的一个端部或多个端部/点的数据(例如，两端型或结点数据以及来自可用终端的数据，用于故障定位)。另外，根据网络配置，可以有变化，例如，可以将不同的方法(技术)应用于两终端或多终端或网状网络配置。
当前，用于电力网络的故障定位技术(或方法)被部署在一个或多个电力系统设备上(例如，在现场的智能电子设备(IED)上)。在此，每个电力系统设备都通常被单独地配置为执行某些功能。例如，在架空线路处的IED可以监视电气参数以执行保护和自动重合闸功能。再举一个示例，相量测量单元(PMU)或合并单元(MU)从测量装备(例如，电流/电压互感器(CT/PT))获取电流/电压，将模拟值转换为数字值，并且将测量结果通过标准通信(例如，IEC 61850)传输到控制器或IED。
在当前电力系统网络中，仅某些类型的电力系统设备(例如，IED)可以应用故障定位技术(针对特定设备而设计的故障定位技术)。而且，依据可用数据和用于估计故障定位的技术，准确性也有所变化。借助可用的解决方案，没有借助从不同电力系统设备可获得的数据高效地定位故障的余地，并且无法改变故障定位的估计的准确性。为了改变现场电力系统设备的准确性，将需要部署特定于相对应设备的一种或多种更新的故障定位技术，从而在部署之后需要重新配置。这样的重新配置仅改变特定设备的性能，并且不使用来自其它电力系统设备的数据，或者甚至不影响其它电力系统设备的功能。
因此，需要一种用于分析电力传输网络中的故障数据的系统和方法，所述系统和方法适用于不同类型的电力系统设备、电力系统数据(例如，测得的/处理后的数据、同步/未同步的数据等)、线路拓扑和网络配置。另外，这样的系统和方法应当使得能够跨网络无缝更新故障定位技术。
发明内容
本发明的各个方面涉及分析电力传输网络中的故障数据。电力传输网络(网络)具有分布在一个或多个区域上的多条电力传输线路(线路)。作为示例，电力传输网络可以用多个架空线路和电缆连接多个变电站/终端。根据本发明，网络的线路的拓扑可以是多终端线路、多抽头线路、混合电力传输线路、网状网络、架空线路、地下电缆、海底电缆、双回路线路和串联补偿线路之一，但不限于此。
电力传输网络上分布有多个电力系统设备。例如，电力系统设备可以与电力传输网络的电力传输线路的端部相关联或与电力传输网络的电力传输线路的在架空线路与电缆之间(或在其它定位处)的结点相关联。一个或多个电力系统设备以相对应的一个或多个数据采样率对数据进行采样。因此，数据采样率可以在电力系统设备之间有所变化。电力系统设备可以执行测量、监视和保护功能中的一项或多项，但不限于此。电力系统设备的示例包括智能电子设备(IED)、合并单元(MU)、相量测量单元(PMU)、独立的干扰记录器(DR)、远程终端单元(RTU)等。
在电力传输网络中存在不同类型的电力系统设备。每个电力系统设备都可以响应于电力传输网络的相对应段中的条件来执行测量数据以生成测得的数据和处理所测得的数据以生成处理后的数据中的一项或多项。例如，某些设备可以执行测量功能，而另一些设备也可以处理测得的数据以实现某些功能，例如监视和/或保护。
在一个实施例中，第一电力系统设备和第二电力系统设备响应于电力传输网络的相对应段中的条件来测量数据。在此，第一设备可以在第一端部处并且以第一采样率对数据进行采样，而第二设备可以在第二端部处并且以第二采样率对数据进行采样，并且这些设备可以在相对应的端部处测量数据。根据该实施例，第二电力系统设备还处理测得的数据以生成处理后的数据。因此，故障数据或干扰数据可以具有从具有相同/不同采样率的不同电力系统设备接收的测得的数据和/或处理后的数据。这样的干扰数据可以被存储为干扰记录，以用于预测/诊断目的。
在另一个实施例中，第一电力系统设备处理测得的数据。在此，第一电力系统设备可以以低采样率(例如，＜4KHz)对数据进行采样。可以执行在第一电力系统设备处的处理以估计故障区(即，其中预期已经发生故障的区(或线路的区域/长度/一部分(例如，几千米))。故障区信息可以用于借助从第二电力系统设备(其可以仅是以高采样率(例如，>1MHz)采样数据(即，不进行任何处理))接收的干扰数据来定位故障。
根据本发明，每个电力系统设备都可以与远程设备通信。这样的通信通过电力系统设备的通信硬件、软件和/或固件来启用。例如，电力系统设备可以具有嵌入其中的通信模块，以用于通过有线/无线网络进行通信。再举一个示例，电力系统设备可以通过网关设备或控制器来与远程设备通信，其中网关设备或控制器具有这样的通信能力。
在发生故障的情况下，网络的一个或多个电力系统设备(或干扰记录器)生成故障数据(干扰数据或干扰记录)。例如，只有一个电力系统设备可以发送干扰数据。在这种情况下，依据电力系统设备和线路拓扑，可以选择合适的故障定位技术来用于定位故障。考虑到电力系统设备是IED或MU，我们获得可以带时间戳的原始采样数据。就PMU而言，我们获得时间同步的相量的量。就RTU而言，我们获得不同步的量级的量。我们不能直接使用这些不同类型的数据。必须对这些不同类型的数据中的每个进行分析，以适当地修改这些数据来使它们一起工作。如果多个电力系统设备发送干扰数据，则故障定位技术选择将取决于接收到的输入。例如，两个电力系统设备可以发送以不同的采样率采样的干扰数据。此外，这种干扰数据还可以具有故障定位/区估计。在此，从不同的电力系统设备接收的输入可以一起用于估计故障定位。例如，借助以第一采样率(例如＜4KHz)采样的干扰数据估计的故障区可以用作输入来借助以第二采样率(例如＞1MHz)采样的干扰数据定位故障。
本发明的一方面涉及一种用于分析电力传输网络中的故障数据的系统。该系统包括数据聚合器、数据分析器和故障定位器。数据聚合器响应于电力传输网络的相对应段中的故障而从一个或多个电力系统设备接收干扰数据。在此，从电力系统设备接收的干扰数据包括测得的数据和处理后的数据中的一个或多个。从电力系统设备传送的数据的类型取决于相对应的电力系统设备的配置和能力。
电力系统设备可以根据预定标准发送干扰数据。例如，当在线路中检测到故障时，与该线路连接的所有电力系统设备发送干扰数据。再举一个示例，只有那些与线路的受影响区段(或区/部分)相关联的电力系统设备发送干扰数据。再举一个示例，电力系统设备可以发送(例如，在故障之前和之后的预定时间)测得的原始数据以及处理后的数据(例如，在该设备处确定的故障定位)。
在一个实施例中，该系统包括数据预处理器。数据预处理器执行数据验证和数据同步中的一项或多项。这取决于电力系统设备和/或通信。可能有验证数据是否有错误或使从不同设备接收的数据同步的需求。在一个实施例中，数据预处理器基于电力系统设备的设备细节来验证从电力系统设备接收的干扰数据。可以借助可供数据预处理器使用的一种或多种验证技术来执行这种验证。例如，使用诸如KVL和KCL的域原则，可以使用冗余测量来执行数据验证，以识别出不良数据并且对其校正。
根据该实施例，数据预处理器基于一个或多个电力系统设备的设备细节使从两个电力系统设备接收的干扰数据同步。可以借助可供数据预处理器使用的一种或多种同步技术来执行这种同步。例如，可以使用故障前相量、来自原始数据的样本之间的比较、使用状态估计或功率潮流技术来完成数据同步。
可以使用一种或多种故障定位技术来分析从一个或多个电力系统设备接收的干扰数据。多种故障定位技术是可供数据分析器使用的(例如，被存储在相关联的数据库中)。可以预先定义此类故障定位技术，并且根据需要和在需要时进行更新(或者添加新技术)。故障定位技术可以是基于相量的故障定位技术、基于时域的故障定位技术和基于行波的故障定位技术中的一种，但不限于此。根据电力系统设备的设备细节中的一个或多个以及电力传输网络的相对应的电力传输线路的拓扑，由数据分析器从多个故障定位技术中选择故障定位技术。
需要设备细节以确定将如何处理从该设备接收的数据。这样的细节可以包括在该设备上的序列号、型号、地理定位、制造商信息、故障定位技术等。在一个实施例中，每个电力系统设备的设备细节都识别出电力系统设备的数据采样率、由电力系统设备进行的数据的测量以及由电力系统设备进行的测得的数据的处理中的一项或多项。可以预先使得电力传输网络(及其各种线路/段(或区段或部分))的拓扑信息是可用的(例如，被存储在数据库中)。
在一个实施例中，数据分析器根据每个电力系统设备的数据采样率以及电力传输网络的相对应段的拓扑来选择一种或多种故障分析技术。数据分析器根据从一个或多个电力系统设备接收的干扰数据来选择故障分析技术。根据一个实施例，为测得的数据选择第一故障分析技术，并且为处理后的数据选择第二故障分析技术。可以根据采样率、参与设备、数据(测得的/处理后的数据等)的可用性来选择不同的故障定位技术。例如，如果仅一个电力系统设备发送数据，则可以基于从相对应的设备接收的干扰数据和线路拓扑来选择相对应的故障定位技术。在多个设备发送数据的情况下，来自一个设备的故障定位估计可以用作从另一个设备接收的干扰数据的输入。可替代地，可以使用来自不同的设备的干扰数据(和相对应的拓扑等)来生成故障定位估计。例如，在两端型的故障定位技术的情况下，需要来自在两个端部处的电力系统设备的数据。再举一个示例，可以比较从单独的设备的干扰数据估计的故障定位，以估计故障定位。
在一个实施例中，数据聚合器在故障之前从每个电力系统设备接收测得的数据。根据该实施例，数据分析器分析测得的数据以确定电力传输网络的相对应的电力传输线路的一个或多个线路参数。数据分析器可以比较电力传输网络的一条或多条电力传输线路的线路参数，以验证相对应的电力传输线路的线路参数数据。在一个实施例中，数据分析器将第一电力传输线路的线路参数与第二电力传输线路的线路参数比较，其中，执行该比较以基于第一电力传输线路的线路参数数据来验证第二电力传输线路的线路参数数据。
故障定位器基于由数据分析器选择的一种或多种故障定位技术、从一个或多个电力系统设备接收的干扰数据、电力传输网络的相对应段的系统参数以及与电力传输网络相关联的地理信息来定位电力传输网络中的故障。所述段或区段可以是架空线路、地下电缆，其中段始于变电站处并且止于另一个变电站或结点处。换句话说，段可以指整条线路或该线路的区段或部分(例如，架空线路/电缆等)。在本发明的一个实施例中，系统参数包括系统频率和线路参数中的一个或多个。在此，线路参数包括线路阻抗、线路长度和行波在线路中的传播速度中的一个或多个。系统参数和地理信息可以是可供故障定位器使用的(例如，被存储在数据库中)。在一个实施例中，从地理信息系统确定网络的地理信息。
在一个实施例中，该系统还包括故障预测器，所述故障预测器用于基于在一段时间内收集的故障数据来预测故障。例如，可以基于一条或多条线路中的故障的频率来预测故障。在此，数据分析器分析在一段时间内收集的多个故障的数据。
本发明的另一方面涉及一种用于分析电力传输网络中的故障数据的方法。该方法包括响应于电力传输网络的相对应段中的故障而从一个或多个电力系统设备接收干扰数据。
该方法还包括为从一个或多个电力系统设备中的每个电力系统设备接收的干扰数据选择故障定位技术。在此，根据电力系统设备的设备细节中的一个或多个以及电力传输网络的相对应的电力传输线路的拓扑来选择故障定位技术。
另外，该方法包括基于故障定位技术、从一个或多个电力系统设备接收的干扰数据、电力传输网络的相对应段的系统参数以及与电力传输网络相关联的地理信息来定位电力传输网络中的故障。
附图说明
在下文中，将参照附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明的主题，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的分析故障数据的环境的简化表示；
图2是根据本发明的一个实施例的用于获得电力传输线路的测量的电力系统设备的连接的简化表示；
图3是根据本发明的一个实施例的电力系统设备的框图；
图4是根据本发明的一个实施例的用于分析故障数据的系统的简化表示；以及
图5是根据本发明的一个实施例的用于分析故障数据的方法的流程图。
具体实施方式
参考图1，其是根据本发明的实施例的用于分析故障数据的环境(100)的简化表示。如图所示，多个电力系统设备(102a，102b，102c……)与服务器(104)连接。电力系统设备(PSD)可以直接与服务器通信(参见设备102a与服务器104之间的连接)或者可以经由另一个设备与服务器通信(参见设备102b经由控制器106与服务器104之间的连接)。在后一种情况下，PSD与网关设备或控制器(106)通信，网关设备或控制器又与服务器通信。该服务器可以是基于云的服务器。虽然在图1中示出单个服务器/控制器，但是应当显而易见的是可以有多个服务器和/或网关设备或控制器。作为示例，对于每个变电站、一组变电站或区域/区而言可以有一个服务器。还提供一个或多个数据存储装置(例如，数据库108)。在图1中，数据存储装置与服务器相关联，但是也可以有与各种组件(例如，PSD、控制器或网关设备)相关联的若干数据存储装置。
根据本发明，PSD将测得的和/或处理后的数据传送到服务器。PSD可以与用于测量、监视和/或保护电力传输线路或其区段的测量装备连接。电力系统设备的示例包括智能电子设备(IED)、合并单元(MU)、相量测量单元(PMU)、独立的干扰记录器(DR)、远程终端单元(RTU)等。考虑图2中所示的实施例，其中PSD(202)与总线A相关联。PSD从连接到多终端混合线路的一个或多个测量装备接收一个或多个信号。
在图2的示例中，电流互感器(CT)提供单相/多相电流信号至PSD，并且电压互感器(PT)提供单相/多相电压信号至PSD。在另一个示例中，测量装备通过总线(例如，过程总线)发布测量，并且PSD(例如，被注册用于从这种总线接收数据)通过总线接收测量。尽管在图2中PSD示出为从两个装备接收信号，但是PSD可以仅从一个装备或从两个以上的装备接收信号，并且这种变化对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。
PSD可以具有用于执行测量、监视和/或保护功能的一个或多个模块。考虑这样的实施例，即，其中PSD是可以执行测量和保护功能的IED。图3是根据该实施例的PSD(300)的简化框图。如图所示，PSD包括输入接口(302)、计算模块(304)、故障定位模块(306)、跳闸模块(308)、存储器(310)和通信模块(312)。可以使用PSD的处理器来实现多个模块。PSD可以从另一个设备(换言之另一个IED)接收一些值，其中将使用相对应的设备的处理器来实现相对应的模块。
输入接口接收来自测量装备(例如，图2中所示的CT/PT)的信号。计算模块基于接收的信号执行一个或多个计算。例如，计算模块可以从电流/电压信号计算电流/电压相量。再举一个示例，计算模块可以执行与行波相关的计算，例如，计算到达时间、峰值等。故障定位模块借助故障定位技术来估计故障的定位。例如，PSD可以被配置为使用基于相量的技术或基于行波的技术来估计线路的具有故障的区段或估计故障定位。跳闸模块响应于故障区段识别而生成用于控制开关装置(例如，断路器)的跳闸信号。存储器存储在PSD处收集的干扰数据。这样的数据可以在特定的时间段内被存储，在此之后其可以从存储器中擦除。存储器还可以存储所需的故障区段识别/定位技术或与此类技术的更新应用相对应的信息以用于识别故障区段/估计故障定位。用PSD记录的干扰数据经由PSD的通信模块传送。应显而易见的是图3所示的模块仅是说明性的，并且根据由PSD提供的功能，PSD可以具有更少、更多或其它模块。例如，PSD可以包括用于从电流/电压信号获得相量、用于获得行波参数、获得数据清理等的模块。
在发生故障的情况下，网络的一个或多个PSD生成故障数据(在此也称为“干扰数据”)。这样的干扰数据可以作为干扰记录被存储和传送，以用于预测/诊断目的。PSD可以根据预定标准发送干扰数据。例如，当在线路中检测到故障时，与该线路连接的所有电力系统设备发送干扰数据。再举一个示例，只有那些与该线路的受影响区段(架空线路/电缆)相关联的电力系统设备才发送干扰数据。再举一个示例，电力系统设备可以发送(例如，在故障之前和之后的预定时间)测得的原始数据以及处理后的数据(例如，在该设备处确定的故障定位)。
根据一些实施例，由PSD生成的干扰数据将是具有准确时间标签的二进制信号和模拟信号两者的连续事件日志记录。模拟信号将主要是在采用PSD的终端(或结点或点)处的电压测量和电流测量结果。将完成长达几个周期的前触发(在系统干扰之前的数据)、触发期间(在系统干扰的早期期间)和后触发(在系统干扰的中期和后期期间的数据)记录。干扰记录器通常支持IEC 61850、DNP.3、IEC等通信，并且生成的数据被发送到服务器。
故障可以通过一个或多个PSD本身检测，或在故障检测器(另一个PSD或控制器)处检测并且被传送到PSD。干扰数据可以具有在故障之前和/或之后收集的数据样本。此外，根据相对应的PSD的配置，干扰数据可以仅包括测得的数据，或仅包括处理后的数据，或包括测得的数据和处理后的数据的组合。从各种PSD收集的干扰数据可以通过本文公开的系统和方法来分析。
图4是根据本发明的实施例的用于分析故障数据的系统(400)的简化表示。如图所示，该系统包括数据聚合器(404)、数据分析器(406)和故障定位器(408)。
数据聚合器响应于网络的相对应段中的故障而从一个或多个PSD接收干扰数据。例如，数据聚合器接收干扰数据402a、402b、402c等，其中此类数据由诸如PSD 102a、102b、102c等(如图1所示)的PSD生成。
该系统任选地包括数据预处理器(410)。数据预处理器执行数据验证和数据同步中的一项或多项。这取决于PSD和/或通信。在一个实施例中，数据预处理器基于设备细节来验证从PSD接收的干扰数据。可以借助可供数据预处理器使用的一种或多种验证技术(图4中未示出)来执行这种验证。例如，使用诸如KVL和KCL的域原则，可以使用冗余测量来执行数据验证，以识别出不良数据并且对其进行校正。
根据所述实施例，数据预处理器基于一个或多个PSD的设备细节使从两个PSD接收的干扰数据同步。可以借助可供数据预处理器使用的一种或多种同步技术(图4中未示出)来执行这种同步。例如，可以使用故障前相量、来自原始数据的样本之间的比较、使用状态估计或功率潮流技术来完成数据同步。
数据分析器(406)接收用数据聚合器聚合的数据。多种故障定位技术(412)是可供数据分析器使用的。这样的故障定位技术可以被存储在相关联的数据存储装置(图4中未示出)中。可以预先定义此类故障定位技术，并且根据需要和当需要时进行更新(或者添加新技术)。故障定位技术可以是基于相量的故障定位技术、基于时域的故障定位技术和基于行波的故障定位技术中的一种，但不限于这些故障定位技术。电力传输网络(及其各种线路/段(或区段或部分))的拓扑信息(414)也是可供数据分析器使用的。系统拓扑可以是不同的电力系统配置中的任一个，例如，多终端线路、多抽头线路、混合线路、网状网络、地下电缆系统、双回路线路、串联补偿线路等。此类拓扑信息可以被存储在相关联的数据存储装置(图4中未示出)中。
当检测到故障并且相对应地接收到干扰数据时，数据分析器选择故障分析技术。可以对发送数据的每个PSD都执行所述选择。可替代地，该技术可以请求从与该线路相关联的两个或更多个PSD接收的数据。可以根据采样率、参与设备、数据(测得的/处理后的数据等)可用性来选择不同的故障定位技术。例如，如果仅一个电力系统设备发送数据，则可以基于从相对应的设备接收的干扰数据和线路拓扑来选择相对应的故障定位技术。在多个设备发送数据的情况下，来自一个设备的故障定位估计可以用作对从另一个设备接收的干扰数据的输入。可替代地，可以使用来自不同的设备的干扰数据(和相对应的拓扑等)来生成故障定位估计。例如，在使用两端型的故障定位技术的情况下，需要来自在两个端部处的电力系统设备的数据。再举一个示例，可以将从单独的设备的干扰数据估计的故障定位进行比较，以估计故障定位。
数据分析器根据PSD的设备细节(416)中的一个或多个以及电力传输网络的相对应的电力传输线路的拓扑(即，来自414)，从多种故障分析技术(即，来自412)中选择故障定位技术。需要设备细节以确定将如何处理从该设备接收的数据。这样的细节可以包括在该设备(在该设备处理测得的数据的情况下)上的序列号、型号、地理定位、制造商信息、故障定位技术等。
每个PSD的设备细节都识别出PSD的数据采样率、由PSD进行的数据的测量以及由PSD进行的测得的数据的处理中的一项或多项。例如，可以从设备细节判定PSD是否是用于以约1kHz至4kHz测量电流的MU。再举一个示例，可以从设备细节判定PSD是否是可以实现保护和自动重合闸的IED。此类细节也是可供数据分析器(416)使用的，并且可以根据需要和在需要时进行更新。
数据分析器在考虑到电力传输网络的相对应段的拓扑的同时，根据一个或多个PSD的数据采样率选择故障定位技术。此外，根据仅包含测得的数据或仅包含处理后的数据或包含两者的组合的干扰数据，数据分析器可以选择相对应的故障定位技术。例如，在干扰数据仅具有测得的数据的情况下选择第一故障定位技术，在干扰数据仅具有处理后的数据的情况下选择第二故障定位技术等。此外，如上所述，该技术选择可以取决于是否需要来自两个端部的数据或者是否要分析来自多个设备的数据。
一旦选择了故障定位技术，就可以分析干扰数据以获得故障定位。例如，可以执行基于相量的估计以获得用于故障定位的估计。这样的定位是相对于PSD的或是关于相对应的线路的，这样的定位当与该线路的地理信息结合时，给出了故障的地理定位。故障定位器(即，408)基于故障定位技术、接收的干扰数据、网络的相对应段的系统参数(418)以及与网络相关联的地理信息(420)来定位网络中的故障。不同的故障定位技术需要不同的系统参数。例如，基于行波的技术可能需要波速、线路阻抗、线路长度等，而基于相量的技术可能需要电流/电压相量、阻抗等。
系统参数可以包括系统频率和线路参数中的一个或多个，但不限于此。在此，线路参数包括线路阻抗、线路长度和行波在线路中的传播速度中的一个或多个。系统参数和地理信息可以是可供故障定位器使用的(例如，被存储在数据库中)。网络的地理信息可以从地理信息系统中确定，或者被输入到系统中(一旦其是已知的)。
在针对不同的线路聚合的(例如，在安装期间接收的)系统参数中可以有差异。这可能与来自不同的系统数据整合中的变化、所执行的测试等有关联。本文公开的系统可以帮助在相同类型的不同线路(或区段)上协调系统参数信息。数据聚合器可以聚合在故障之前借助每个PSD测量的数据。这样的数据可以(例如，借助数据分析器)被分析，以确定网络的相对应线路(或区段)的一个或多个线路参数。此外，可以将一个或多个线路的线路参数比较，以验证相对应线路的线路参数数据。例如，可以为第一线路准确地记录线路参数数据，并且可以使用这样的数据来改善用于另一条线路(其具有类似的类型)的故障定位估计。例如，可能有两条ZEBRA/DOG线路。在这种情况下，可以将类似的线路的线路参数数据相比较，以检查对于不同的线路是否准确地记录线路参数数据。
该系统任选地包括故障预测器(422)，所述故障预测器用于分析可用的故障数据(424)以执行一个或多个预测。可以执行这种分析以确定故障的频率等。
该系统的各种组件可以借助服务器(例如，104)处的一个或多个处理器或借助服务器的一个或多个处理器和PSD的一个或多个处理器来实现。在一个实施例中，数据聚合器、数据分析器和故障定位器借助服务器上的处理器来实现。数据预处理器和故障预测器也可以借助服务器的处理器来实现。在另一个实施例中，数据聚合器借助网关设备(或控制器(106))的处理器和服务器的处理器来实现，其中网关设备可以与两个或更多个PSD连接。在这种情况下，网关设备可以聚合来自相对应的PSD的数据，并且将其转发到服务器。在此，网关设备可以任选地在将数据转发到服务器之前对聚合的数据执行某种分析。在又一个实施例中，数据分析器借助服务器的处理器和一个或多个PSD的处理器来实现。根据该实施例，在相对应的PSD处的处理器处理在该PSD处测得的数据，并且将处理后的数据发送到服务器，所述服务器使用该处理后的数据以用于进一步分析。在此，测得的数据(或原始数据)也可以被传输到服务器。
本文公开的系统的组件可以用于定位网络中的任何地方的故障。参照图5，其是根据本发明的一个实施例的用于定位故障的方法的流程图。在502处，来自不同的干扰记录器(PSD或DR)的干扰数据被聚合(例如，借助在服务器(104)处的数据聚合器)。连同干扰数据一起，系统拓扑细节以及系统参数和地理信息也被聚合。拓扑信息(414)、系统参数(418)、地理信息(420)可以被预先聚合。
在获得数据之后，在504处，任选地，执行各种数据预处理步骤，包括但不限于，数据验证、数据同步等。数据验证包括识别和清除不良数据。针对未同步的数据执行数据同步。
适用于各种系统配置(例如，多终端多抽头线路、双回路线路、网状网络、混合线路、地下电缆等)的不同故障定位技术，是可在该系统上使用的(例如，故障定位技术412)。这提供了从各种故障定位技术中从单个平台选择最佳的故障定位技术的能力。
在506处，选择故障定位技术。该选择可以是基于相对应的PSD的数据可用性和数据采样率的。可以提供选项来选择不同的可用故障定位技术之一。例如，各种相量估计技术可以是可用的，可以从所述各种相量估计技术中选择最合适或最优选的一种。在508处，借助故障定位技术、干扰数据、相对应的线路(或其区段)的系统参数以及与网络相关联的地理信息来确定故障定位。
作为一个示例，可以选择基于低采样率的故障定位技术。该故障定位技术可以是用于在采样率介于1KHz至4KHz之间的情况下使用的基于相量的技术。在数据验证和同步(根据需要)之后，完成相量估计以估计电压向量和电流相量。使用这些估计出的相量和系统参数，使用基于相量的故障定位技术来识别出有故障的定位。
再举一个示例，可以选择基于高采样率的故障定位技术。该故障定位技术可以是用于在采样率约为500KHz至1MHz的情况下使用的基于行波的技术。该技术使用行波方法来识别出故障定位。从干扰记录中提取行波，并且识别出在不同终端处的波到达时间。使用此信息以及系统拓扑和线路的传播速度，来准确地计算出故障定位。
再举一个示例，可以选择基于非常高的采样率的故障定位技术。该故障定位技术也可以是用于在采样率高达5MHz至10MHz的情况下使用的基于行波的技术。该技术也使用行波或基于时域的方法来识别出故障定位，并且适用于地下电缆系统。在地下电缆中，准确度的要求是较高的，并且因此，较高的采样率对于获得良好的准确度是至关重要的。从干扰记录中提取行波，并且识别出在不同终端处的波到达时间。使用此信息以及系统拓扑和线路长度和传播速度，可以准确地计算出故障定位。
因此，在干扰记录是可用的情况下，可以将先进的故障定位技术与本文所公开的系统和方法一起应用，从而定位确定不限于在PSD或IED中实现的故障定位技术。
考虑这样一种情形，即，其中在第一变电站处的第一IED(A)具有较低的采样率，其可以是<4KHz，并且在第二变电站处的第二IED(B)具有非常高的采样率，其可以是>1MHz。在这种情形下，传统的基于IED的解决方案将给出两个选项，即，(1)使用来自IED A的低采样率数据的基于相量的单端型故障定位，或者(2)使用来自IED B的高采样率数据的基于行波的单端型故障定位。这两个选项都具有其自身的缺点。选项1的缺点是低准确度，并且选项2的缺点是不知道故障是在线路的第一半部还是在线路的第二半部(这是正确选择反射所需要的)。本发明促进了低采样数据和高采样数据两者一起的高效使用，以用于非常准确的故障定位解决方案。也就是说，使用单端型基于低采样数据的解决方案，可以识别出故障区。一旦识别出故障区，就可以使用单端型基于高采样率的故障定位解决方案来找准故障定位。因此，可以使用来自不同PSD的不同类型的数据来提高故障定位的准确性。
本文公开的系统和方法还有助于处理系统变化。传输线路参数随环境系统条件(例如，温度)、线路的老化程度等而变化。故障定位准确性可能会受到线路参数的影响。可以基于上载到服务器的记录的故障前数据估计出线路参数，并且将所述线路参数用于故障定位估计。
本文公开的系统和方法还提供了在新故障定位技术可用时更容易的升级。例如，如果开发出更准确的相量估计技术或更高效的故障定位技术，则用户可以容易地使用到这些技术。在当前故障定位解决方案放置在IED上的情况下，升级或新解决方案将意味着升级它们中的每一个。同样，如果来自服务器的故障定位的更好估计可以被传送以在PSD处显示。
数据在中央服务器处的可用性进一步促进了各种分析功能。关于在特定区域中或特定线路上已经发生的故障数量的信息可以帮助计算可靠性指标。例如，系统平均中断频率(SAIFI)可以是这样的指标，即，所述指标给出关于在特定线路中发生故障和运行中断有多频繁的看法。
该系统和方法还提供微调以用于使线路阻抗参数具有更好的准确性。架空线路具有标准术语和相对应的标准规格，例如，但不限于，标准的直径、重量和电阻值。来自不同线路的参数和架空线路细节在单个服务器上的可用性可以用于来微调这些参数。考虑两个用户(即，A和B)具有相同类型的导体(例如，MOOSE)的情况。从先前的故障定位结果中发现，由用户A提供的线路参数比由B给出的那些线路参数更加准确。这个信息可以用于基于由A提供的更准确的参数来微调B的线路参数，从而确保下次针对用户B的更加准确的故障定位。
另一种类似的使用情况可以是当用户B的线路阻抗参数由于某种原因而不可用但已知导体为MOOSE的时候。在这种情况下，来自用户A的可用线路参数可以用于针对用户B的故障定位，从而即使当无法获得完整的数据时，也提供该服务。
该系统和方法还可以结合地理信息系统(GIS)，所述地理信息系统有助于将识别出的故障定位标注在地图上。这可以进一步与人员管理系统集成在一起，从而能够更加高效地派遣人员到该定位进行故障排除。

Claims (10)

1.一种用于分析具有多条电力传输线路的电力传输网络中的故障数据的系统，其中，所述电力传输网络上分布有多个电力系统设备，其中，每个电力系统设备都响应于所述电力传输网络的相对应段中的条件来执行测量数据以生成测得的数据和处理所测得的数据以生成处理后的数据中的一项或多项，所述系统包括：
数据聚合器，所述数据聚合器用于响应于所述电力传输网络的相对应段中的故障而从一个或多个电力系统设备接收干扰数据，其中，从电力系统设备接收的所述干扰数据包括所述测得的数据和所述处理后的数据中的一个或多个，其中，所述一个或多个电力系统设备以相对应的一个或多个数据采样率对数据进行采样；
数据分析器，所述数据分析器用于针对从所述一个或多个电力系统设备中的每个电力系统设备接收的所述干扰数据来选择故障定位技术，其中，所述故障定位技术根据所述电力系统设备的设备细节中的一个或多个以及所述电力传输网络的相对应的电力传输线路的拓扑来选择，其中，所述故障定位技术是基于相量的故障定位技术、基于时域的故障定位技术和基于行波的故障定位技术中的一种；以及
故障定位器，所述故障定位器用于基于借助所述数据分析器选择的所述故障定位技术、从一个或多个电力系统设备接收的所述干扰数据、所述电力传输网络的所述相对应段的系统参数以及与所述电力传输网络相关联的地理信息来定位所述电力传输网络中的所述故障。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据分析器根据相对应的电力系统设备的数据采样率以及所述相对应的电力传输线路的所述拓扑来选择所述故障定位技术。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述故障分析器根据从相对应的电力系统设备接收的所述干扰数据来选择所述故障定位技术，其中，针对测得的数据选择第一故障定位技术，并且针对处理后的数据选择第二故障定位技术。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，从以第一采样率对数据采样的第一电力系统设备接收的故障区用于借助从以第二采样率对数据采样的第二电力系统设备接收的所述干扰数据定位所述故障。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据聚合器在所述故障之前从一个或多个电力系统设备接收所述测得的数据，并且所述数据分析器分析所述测得的数据以确定所述电力传输网络的所述相对应的电力传输线路的一个或多个线路参数。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据分析器将第一电力传输线路的线路参数与第二电力传输线路的线路参数相比较，其中，执行所述比较以基于所述第一电力传输线路的线路参数数据来验证所述第二电力传输线路的线路参数数据。
7.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括故障预测器，所述故障预测器用于基于在一段时间内收集的故障数据来预测故障。
8.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括数据预处理器，其中，所述数据预处理器执行以下各项中的一项或多项：
来自所述一个或多个电力系统设备中的电力系统设备的所述干扰数据的数据验证；以及
来自所述一个或多个电力系统设备的所述干扰数据的数据同步。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统参数包括系统频率和线路参数中的一个或多个，其中，所述线路参数包括线路阻抗、线路长度和行波在所述线路中的传播速度中的一个或多个。
10.一种用于分析具有多条电力传输线路的电力传输网络中的故障数据的方法，其中，所述电力传输网络上分布有多个电力系统设备，其中，每个电力系统设备都响应于所述电力传输网络的相对应段中的条件来执行测量数据以生成测得的数据和处理所测得的数据以生成处理后的数据中的一项或多项，所述方法包括：
响应于所述电力传输网络的相对应段中的故障，从一个或多个电力系统设备接收干扰数据，其中，从电力系统设备接收的所述干扰数据包括所述测得的数据和所述处理后的数据中的一个或多个，其中，所述一个或多个电力系统设备以相对应的一个或多个数据采样率对数据进行采样；
为从所述一个或多个电力系统设备中的每个电力系统设备接收的所述干扰数据来选择故障定位技术，其中，所述故障定位技术根据所述电力系统设备的设备细节中的一个或多个以及所述电力传输网络的相对应的电力传输线路的拓扑来选择，其中，所述故障分析技术是基于相量的故障分析技术、基于时域的故障定位技术和基于行波的故障分析技术中的一种；以及
基于所述故障定位技术、从所述一个或多个电力系统设备中的每个电力系统设备接收的所述干扰数据、所述电力传输网络的所述相对应段的系统参数以及与所述电力传输网络相关联的地理信息来定位所述电力传输网络中的故障。
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